CAN FD 如何使非汽車應(yīng)用受益

由于汽車領(lǐng)域?qū)挼母咭螅?a target="_blank">CAN（控制器局域網(wǎng)）規(guī)范被擴展為靈活的數(shù)據(jù)速率，新的迭代稱為 CAN FD。

CAN 具有成本、靈活性和魯棒性等優(yōu)勢，所有這些優(yōu)勢都對許多領(lǐng)域的非汽車應(yīng)用非常有利。CAN FD 擴展的市場機會更加廣闊。本文介紹了 CAN 和 CAN FD 的基礎(chǔ)知識，以及使用不同物理層或更高層協(xié)議的不同應(yīng)用實現(xiàn)，CAN 作為數(shù)據(jù)鏈路層。

首先，讓我們談?wù)?CAN 相對于 RS232 或 RS485 等標(biāo)準(zhǔn)串行通信的優(yōu)勢。由于 CAN 具有更高的通信速度和錯誤檢測功能，因此它具有出色的魯棒性和更低的成本。

成本和靈活性

汽車行業(yè)最重要的驅(qū)動力是減少汽車中的布線數(shù)量。由于采用雙絞線布線，布線相對容易，而且重量較輕，價格也不貴。終端電阻器對于高速運行 CAN 和 CAN FD 是必需的。靈活性是一個很大的優(yōu)勢，因為使用更多節(jié)點擴展系統(tǒng)非常容易。

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錯誤檢測和魯棒性

CAN 和 CAN FD 包含非常可靠的錯誤檢查機制。比特填充和監(jiān)控在第一層工作，而幀檢查、確認(rèn)和循環(huán)冗余校驗在 OSI 模型的第二層工作。

位填充在五個連續(xù)的高位或低位之后添加一個交替位。具有相同級別的六個連續(xù)位表示錯誤。位監(jiān)控會讀回發(fā)送的每條消息。如果存在差異（仲裁或確認(rèn)字段除外），則檢測到錯誤。一個很大的優(yōu)勢是可以非常及時地檢測到錯誤。

由于數(shù)據(jù)長度不同，CAN 和 CAN FD 上的循環(huán)冗余檢查實現(xiàn)方式不同。幀錯誤（有時也稱為格式或格式錯誤）使用在接收方必須相同的預(yù)定義值。每條消息都需要被確認(rèn)。這三個錯誤檢查機制在消息級別上運行良好。

總之，CAN 和 CAN FD 通過多種不同的錯誤檢查非常穩(wěn)健可靠。在消息傳輸過程中不會丟失任何數(shù)據(jù)，并且可以防止消息沖突。每個節(jié)點在發(fā)送之前等待一段時間的不活動。情況二，同時發(fā)送消息，發(fā)送方檢測哪個消息的優(yōu)先級較高，并禁用較低優(yōu)先級的消息。與兩種消息都停止并稍后發(fā)送的以太網(wǎng)相比，在 CAN 上具有最高優(yōu)先級的消息通過。

高速和低延遲

CAN 支持高達(dá) 1Mbps 的數(shù)據(jù)速率。借助 CAN FD，可以根據(jù) CAN FD 控制器的最大時鐘來提高控制和數(shù)據(jù)區(qū)域的數(shù)據(jù)速率。仲裁階段的速率保持在最大 1Mbps。

CAN 的延遲小于 145us，而具有 8Msps 和 8Byte 數(shù)據(jù)的 CAN FD 小于 58us。

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短數(shù)據(jù)幀在延遲方面具有優(yōu)勢。整個包的傳輸和解碼速度更快，因此反應(yīng)時間也更快。隨著 CAN FD 上更高的傳輸速率，這種影響甚至更大。與為大數(shù)據(jù)量設(shè)計的 TCP/IP 通信相比，包較大，因此延遲增加。這意味著 CAN FD（取決于數(shù)據(jù)量）與 10 或 100Mbit 的 TCP/IP 通信相比可能具有更短的反應(yīng)時間，并顯示出更好的總實時性能。

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限制

關(guān)于節(jié)點的數(shù)量，理論上沒有限制，因為每條消息都可以發(fā)送到不同的節(jié)點。在實踐中，每個節(jié)點都會在總線上引起信號反射，傳輸質(zhì)量取決于 CAN 收發(fā)器和物理層的實現(xiàn)。

這也是長距離限制速度的原因。通常值在 CAN 上最多為 25 個節(jié)點，在 CAN FD 上最多為 8 個節(jié)點。

汽車以外的應(yīng)用示例

為什么在汽車應(yīng)用之外使用 CAN FD？由于上述的巨大優(yōu)勢。CAN 和 CAN FD 廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，包括：

樓宇自動化

電梯和升降機

門禁控制、燈光控制和安全開門器

空調(diào)

汽車售后市場

車隊跟蹤、車輛跟蹤

記錄預(yù)測性維護(hù)、遠(yuǎn)程信息處理、保險和黑盒

醫(yī)療保健設(shè)備

工業(yè)的

工業(yè)驅(qū)動

內(nèi)閣

消費者

游戲機

機器人技術(shù)

在主機和鏈?zhǔn)綀?zhí)行器之間

具有兩個 CAN FD 控制器單元以及 TrustZone 和安全性的 MCU 的一個很好的用例是樓宇自動化中的控制單元，將安全部分與非安全部分分開。一個 CAN FD 控制器可用于安全側(cè)，以控制關(guān)鍵組件，例如開門器、滑動門和 ID 卡讀卡器。第二個 CAN FD 可用于樓宇自動化中的非關(guān)鍵控制部件，例如燈開關(guān)按鈕、燈泡和建筑物內(nèi)的門。

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雙 CAN FD 單元的另一個用例是網(wǎng)關(guān)功能，例如在大型樓宇自動化系統(tǒng)、大型機柜和通信擴展模塊中。具有集成 CAN FD 控制器（如執(zhí)行器、傳感器和控制）的 MCU 有許多不同的用例。

CAN FD 非常適用于需要高安全性和可靠性的應(yīng)用，例如機器人、升降機和運輸系統(tǒng)，以及醫(yī)療和保健系統(tǒng)。汽車應(yīng)用所需的可靠性要求在這些用例中也非常有益。

審核編輯 黃昊宇